JP7240615B2 - Negative electrode for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の負極およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a manufacturing method thereof.

近年、リチウムイオン二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。 In recent years, lithium-ion secondary batteries have been suitably used as portable power sources for personal computers, mobile terminals, etc., and power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). ing.

リチウムイオン二次電池に用いられる負極は、典型的には、負極集電体上に負極活物質層が設けられた構成を有する。負極活物質層は、一般的に、負極活物質およびバインダを含む負極ペーストを用いて作製される(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、負極ペーストのゼータ電位を-16.78~-4.83mVとし、かつ導電率を0.48~0.65S・m-1でとすることにより、負極活物質表面を被覆する、増粘剤の水溶性高分子の量を適正化する技術が記載されている。特許文献1には、この技術によって、負極活物質表面を被覆する水溶性高分子が過剰であることに起因する、負極での金属リチウムの析出を抑制できることが記載されている。 A negative electrode used in a lithium ion secondary battery typically has a structure in which a negative electrode active material layer is provided on a negative electrode current collector. A negative electrode active material layer is generally produced using a negative electrode paste containing a negative electrode active material and a binder (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, the negative electrode paste has a zeta potential of −16.78 to −4.83 mV and a conductivity of 0.48 to 0.65 S·m −1 to coat the surface of the negative electrode active material. However, a technique for optimizing the amount of water-soluble polymer in the thickener is described. Patent Literature 1 describes that this technology can suppress deposition of metallic lithium on the negative electrode due to excessive water-soluble polymer coating the surface of the negative electrode active material.

特開2009-224099号公報JP 2009-224099 A

しかしながら、本発明者らの検討によれば、金属リチウムの析出の要因には、従来技術に記載された以外のものもあり、そのため、従来技術においては、リチウム析出耐性が不十分であることを見出した。 However, according to the studies of the present inventors, there are factors other than those described in the prior art for the deposition of metallic lithium. Found it.

そこで本発明の目的は、リチウム析出耐性に優れるリチウムイオン二次電池の負極の製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a negative electrode for a lithium ion secondary battery having excellent resistance to lithium deposition.

ここに開示されるリチウムイオン二次電池の負極の製造方法は、負極活物質およびバインダを含む負極ペーストを用意する工程と、前記負極ペーストを用いて負極を作製する工程と、を包含する。前記負極活物質のゼータ電位(ζ)に対する前記バインダのゼータ電位(ζ)の比(ζ/ζ)が、3.5以上9.0以下である。
このような構成によれば、リチウム析出耐性に優れるリチウムイオン二次電池の負極の製造方法が提供される。
A method for manufacturing a negative electrode for a lithium ion secondary battery disclosed herein includes the steps of preparing a negative electrode paste containing a negative electrode active material and a binder, and fabricating a negative electrode using the negative electrode paste. A ratio (ζ BA ) of the zeta potential (ζ B ) of the binder to the zeta potential (ζ A ) of the negative electrode active material is 3.5 or more and 9.0 or less.
According to such a configuration, a method for manufacturing a negative electrode of a lithium ion secondary battery having excellent resistance to lithium deposition is provided.

ここに開示されるリチウムイオン二次電池の負極の製造方法の好ましい一態様においては、前記負極活物質のゼータ電位(ζ)が、-3.1mV以上-5.5mV以下である。
このような構成によれば、リチウムイオン析出耐性がより高くなる。
ここに開示されるリチウムイオン二次電池の負極の製造方法の好ましい一態様においては、前記負極ペーストが、pH8~9の範囲において-25mV以下のゼータ電位を示すセラミック粒子をさらに含む。
このような構成によれば、リチウムイオン析出耐性がより高くなる。
In a preferred aspect of the method for manufacturing a negative electrode for a lithium ion secondary battery disclosed herein, the negative electrode active material has a zeta potential (ζ A ) of −3.1 mV or more and −5.5 mV or less.
According to such a configuration, the lithium ion deposition resistance becomes higher.
In a preferred embodiment of the method for producing a negative electrode of a lithium ion secondary battery disclosed herein, the negative electrode paste further contains ceramic particles exhibiting a zeta potential of −25 mV or less in a pH range of 8-9.
According to such a configuration, the lithium ion deposition resistance becomes higher.

別の側面から、ここに開示されるリチウムイオン二次電池の負極は、負極活物質およびバインダを含む。前記バインダの平均径が0.2μm以上0.5μm以下であり、前記バインダの粒度分布曲線におけるピーク半値幅が0.40μm以上0.65μm以下である。
このような構成によれば、リチウム析出耐性に優れるリチウムイオン二次電池の負極が提供される。
From another aspect, the negative electrode of the lithium ion secondary battery disclosed herein includes a negative electrode active material and a binder. The average diameter of the binder is 0.2 μm or more and 0.5 μm or less, and the peak half width of the particle size distribution curve of the binder is 0.40 μm or more and 0.65 μm or less.
According to such a configuration, a negative electrode for a lithium ion secondary battery having excellent resistance to lithium deposition is provided.

本発明の一実施形態に係る製造方法により得られる負極を用いたリチウムイオン二次電池の内部構造を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of a lithium ion secondary battery using a negative electrode obtained by a manufacturing method according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る製造方法により得られる負極を用いたリチウムイオン二次電池の捲回電極体の構成を示す模式分解図である。1 is a schematic exploded view showing the configuration of a wound electrode body of a lithium ion secondary battery using a negative electrode obtained by a manufacturing method according to one embodiment of the present invention; FIG. 実施例1で得られた負極のバインダの分散状態を示す、反射電子像である。4 is a backscattered electron image showing the dispersed state of the negative electrode binder obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られた負極のバインダの分散状態を示す、反射電子像である。4 is a backscattered electron image showing the dispersed state of the negative electrode binder obtained in Comparative Example 1. FIG. リチウム析出耐性の評価において定格容量を測定する際の充放電パターンを示すグラフである。4 is a graph showing charge/discharge patterns when measuring rated capacity in evaluation of lithium deposition resistance.

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。なお、本明細書において言及していない事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Matters not mentioned in this specification but necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters by those skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common general technical knowledge in the field. Further, in the following drawings, members and portions having the same function are denoted by the same reference numerals. Also, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relationships.

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイスをいい、いわゆる蓄電池、および電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
In this specification, the term "secondary battery" refers to an electricity storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term that includes so-called storage batteries and electricity storage elements such as electric double layer capacitors.
In this specification, the term “lithium ion secondary battery” refers to a secondary battery that utilizes lithium ions as a charge carrier and is charged/discharged by the transfer of charge associated with the lithium ions between the positive and negative electrodes.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の負極の製造方法は、負極活物質およびバインダを含む負極ペーストを用意する工程(以下、「負極ペースト用意工程」ともいう)と、当該負極ペーストを用いて負極を作製する工程(以下、「負極作製工程」ともいう)と、を包含する。ここで、当該負極活物質のゼータ電位(ζ)に対する当該バインダのゼータ電位(ζ)の比(ζ/ζ)が、3.5以上9.0以下である。
なお、本明細書において、「ペースト」とは、固形分の一部またはすべてが溶媒に分散した混合物のことをいい、いわゆる「スラリー」、「インク」等を包含する。
A method for manufacturing a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes a step of preparing a negative electrode paste containing a negative electrode active material and a binder (hereinafter also referred to as a “negative electrode paste preparation step”), and using the negative electrode paste. and a step of manufacturing a negative electrode (hereinafter also referred to as a “negative electrode manufacturing step”). Here, the ratio (ζ B /ζ A ) of the zeta potential (ζ B ) of the binder to the zeta potential (ζ A ) of the negative electrode active material is 3.5 or more and 9.0 or less.
As used herein, the term "paste" refers to a mixture in which part or all of the solid content is dispersed in a solvent, and includes so-called "slurry", "ink", and the like.

まず、負極ペースト用意工程について説明する。当該工程で用意される負極ペーストは、負極活物質およびバインダを少なくとも含む。
負極活物質の種類は、上記比(ζ/ζ)が3.5以上9.0以下となる限り、特に限定されない。負極活物質としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を好適に用いることができ、なかでも、黒鉛が好ましい。黒鉛は、天然黒鉛であっても人造黒鉛であってもよい。また、黒鉛の表面が非晶質炭素膜で被覆された、非晶質炭素被覆黒鉛を用いてよい。
First, the step of preparing the negative electrode paste will be described. The negative electrode paste prepared in this step contains at least a negative electrode active material and a binder.
The type of negative electrode active material is not particularly limited as long as the ratio (ζ BA ) is 3.5 or more and 9.0 or less. Carbon materials such as graphite, hard carbon, and soft carbon can be suitably used as the negative electrode active material, and among these, graphite is preferred. Graphite may be natural graphite or artificial graphite. In addition, amorphous carbon-coated graphite, in which the surface of graphite is coated with an amorphous carbon film, may be used.

負極活物質のゼータ電位は、特に限定されないが、好ましくは-3.1mV以上-5.5mV以下である。負極活物質のゼータ電位がこの範囲内にあると、バインダの凝集をより抑制することができ、負極のリチウム析出耐性がより高くなる。
ここで、黒鉛のゼータ電位は、通常-2mV以上である。よって、本実施形態においては、ゼータ電位の値を小さくする(すなわち、絶対値で大きくする)処理が行われた黒鉛粒子が好適に用いられる。
ゼータ電位の値を小さくする方法としては、黒鉛をHOプラズマ処理する方法が挙げられる。黒鉛をHOプラズマ処理することによって、表面水酸基量が増えるため、ゼータ電位の値を小さくすることができる。さらにプラズマ処理の条件によって、ゼータ電位を容易に調整することができる。この黒鉛の表面水酸基量は、特に限定されないが、好ましくは0.21mmol/g以上0.30mmol/gである。
なお、負極活物質のゼータ電位は、例えば、イオン交換水中に、0.05g/Lの濃度で負極活物質を分散させた試料に対し、電気泳動光散乱法による測定を行うことにより求めることができる。
Although the zeta potential of the negative electrode active material is not particularly limited, it is preferably −3.1 mV or more and −5.5 mV or less. When the zeta potential of the negative electrode active material is within this range, aggregation of the binder can be further suppressed, and the lithium deposition resistance of the negative electrode can be further enhanced.
Here, the zeta potential of graphite is usually -2 mV or higher. Therefore, in the present embodiment, graphite particles that have undergone processing to reduce the value of zeta potential (that is, to increase the absolute value) are preferably used.
As a method for reducing the value of zeta potential, there is a method of treating graphite with H 2 O plasma. By treating graphite with H 2 O plasma, the amount of surface hydroxyl groups increases, so the value of zeta potential can be reduced. Furthermore, the zeta potential can be easily adjusted depending on the plasma treatment conditions. Although the amount of surface hydroxyl groups of this graphite is not particularly limited, it is preferably 0.21 mmol/g or more and 0.30 mmol/g.
The zeta potential of the negative electrode active material can be obtained, for example, by measuring a sample prepared by dispersing the negative electrode active material at a concentration of 0.05 g/L in ion-exchanged water using an electrophoretic light scattering method. can.

このような観点から、ゼータ電位が-3.1mV以上-5.5mV以下である黒鉛がここに提案される。特に、ゼータ電位が-3.1mV以上-5.5mV以下であり、かつ表面水酸基量が0.21mmol/g以上0.30mmol/gである黒鉛がここに提案される。この表面水酸基量は、例えば、中和滴定によって求めることができる。
また、黒鉛をHOプラズマ処理することを含む負極活物質の製造方法がここに提案される。当該HOプラズマ処理は、ガス種にHOを用い、公知のプラズマ処理装置によって行うことができる。
From this point of view, graphite with a zeta potential of −3.1 mV or more and −5.5 mV or less is proposed here. In particular, graphite having a zeta potential of −3.1 mV or more and −5.5 mV or less and a surface hydroxyl group content of 0.21 mmol/g or more and 0.30 mmol/g is proposed here. The amount of surface hydroxyl groups can be determined, for example, by neutralization titration.
Also proposed herein is a method for producing a negative electrode active material comprising H 2 O plasma treatment of graphite. The H 2 O plasma treatment can be performed with a known plasma treatment apparatus using H 2 O as a gas species.

負極活物質の平均粒子径は、特に限定されず、例えば50μm以下、典型的には1μm以上20μm以下であり、好ましくは5μm以上15μm以下である。
なお、本明細書中において「平均粒子径」とは、特記しない限り、レーザ回折散乱法に
より測定される粒度分布おいて、累積度数が体積百分率で50%となる粒子径(D50)のことをいう。
The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, and is, for example, 50 μm or less, typically 1 μm or more and 20 μm or less, preferably 5 μm or more and 15 μm or less.
In the present specification, the "average particle size" refers to the particle size (D50) at which the cumulative frequency is 50% in volume percentage in the particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method, unless otherwise specified. say.

バインダの種類は、上記比(ζ/ζ)が3.5以上9.0以下となる限り、特に限定されない。バインダとしては、ゴム系バインダを好適に用いることができる。その例としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびその変性体、アクリロニトリルブタジエンゴムおよびその変性体、アクリルゴムおよびその変性体、フッ素ゴム等が挙げられる。なかでも、SBRが好ましい。 The type of binder is not particularly limited as long as the ratio (ζ BA ) is 3.5 or more and 9.0 or less. A rubber-based binder can be preferably used as the binder. Examples thereof include styrene-butadiene rubber (SBR) and modified products thereof, acrylonitrile-butadiene rubber and modified products thereof, acrylic rubber and modified products thereof, and fluororubbers. Among them, SBR is preferable.

ここで、バインダのゼータ電位は、特に限定されない。種々のゼータ電位を有するゴム系バインダが公知である。また、ゴム系バインダは、水分散性を高めるために、酸モノマーやアクリル酸エステルが少量共重合されていることが多く、このような共重合成分の種類および量によって、ゼータ電位を調整することができる。
なお、バインダのゼータ電位は、例えば、例えば、イオン交換水中に、0.05g/Lの濃度でバインダを分散させた試料に対し、電気泳動光散乱法による測定を行うことにより求めることができる。
Here, the zeta potential of the binder is not particularly limited. Rubber-based binders with different zeta potentials are known. In addition, rubber-based binders are often copolymerized with a small amount of an acid monomer or an acrylic acid ester in order to improve water dispersibility. can be done.
The zeta potential of the binder can be obtained, for example, by measuring a sample prepared by dispersing the binder at a concentration of 0.05 g/L in ion-exchanged water by an electrophoretic light scattering method.

本実施形態においては、負極活物質のゼータ電位(ζ)に対するバインダのゼータ電位(ζ)の比(ζ/ζ)は、3.5以上9.0以下である。
本発明者らの検討では、リチウムイオン二次電池の負極での金属リチウムの析出の要因の一つが、負極活物質層中でバインダが凝集し、凝集したバインダが負極活物質に付着すると抵抗体となることにあることを見出した。ここで、ゼータ電位は、粒子の表面電位と関連するパラメータである。したがって、負極活物質のゼータ電位(ζ)に対するバインダのゼータ電位(ζ)の比(ζ/ζ)を上記範囲にすれば、負極活物質およびバインダの負極ペースト中での帯電状態が適切なものとなり、負極ペースト中での負極活物質およびバインダの分散状態が改善され、バインダの凝集を抑制することができる。その結果、負極のリチウム析出耐性を向上させることができる。
In the present embodiment, the ratio (ζ B /ζ A ) of the zeta potential (ζ B ) of the binder to the zeta potential (ζ A ) of the negative electrode active material is 3.5 or more and 9.0 or less.
According to studies by the present inventors, one of the factors for the deposition of metallic lithium in the negative electrode of a lithium ion secondary battery is that the binder aggregates in the negative electrode active material layer, and when the aggregated binder adheres to the negative electrode active material, the resistor I found out that there is something to be. Here, the zeta potential is a parameter related to the surface potential of the particles. Therefore, if the ratio (ζ B /ζ A ) of the zeta potential (ζ B ) of the binder to the zeta potential (ζ A ) of the negative electrode active material is within the above range, the charged state of the negative electrode active material and the binder in the negative electrode paste becomes appropriate, the dispersion state of the negative electrode active material and the binder in the negative electrode paste is improved, and aggregation of the binder can be suppressed. As a result, the lithium deposition resistance of the negative electrode can be improved.

負極ペーストは、通常、溶媒を含有する。溶媒としては、水系溶媒が好ましく用いられる。水系溶媒とは、水または水を主体とする混合溶媒を指す。当該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶剤(例、炭素数4以下のアルコール、炭素数4以下のケトン等)が挙げられる。水系溶媒は、好ましくは、80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上の水を含む。溶媒として最も好ましくは、水である。 A negative electrode paste usually contains a solvent. As the solvent, an aqueous solvent is preferably used. An aqueous solvent refers to water or a mixed solvent mainly composed of water. Solvents other than water that constitute the mixed solvent include organic solvents that can be uniformly mixed with water (eg, alcohols having 4 or less carbon atoms, ketones having 4 or less carbon atoms, etc.). The aqueous solvent preferably contains 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more of water. Water is most preferred as the solvent.

負極ペーストは、上記以外の成分を含有していてもよい。その例としては、増粘剤、セラミック粒子、pH調整剤などが挙げられる。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマーや、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられ、なかでも、CMCが好ましい。 The negative electrode paste may contain components other than those described above. Examples include thickeners, ceramic particles, pH modifiers, and the like. Examples of thickeners include cellulose-based polymers such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), and hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), and polyvinyl alcohol (PVA). Among them, CMC is preferred.

セラミック粒子としては、充放電反応に関与しないものが好ましく、その例としては、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム等が挙げられる。セラミック粒子は、通常、炭素材料である負極活物質よりもはるかに硬い材料であるため、負極活物質層の機械強度を高めることができ、これによりリチウムイオン二次電池を充放電した際の負極活物質層の変形(膨張および圧縮)が抑制され、サイクル特性を向上させることができる。
セラミック粒子のなかでも、pH8~9の範囲において-25mV以下のゼータ電位を示すセラミック粒子が好ましい。このようなセラミック粒子を負極ペーストが含有する場合には、リチウム析出耐性をさらに向上させることができる。これは、負極活物質間および負極とバインダとの間へのセラミック粒子の充填状態が改善され、リチウムイオン二次電池の充放電時の負極活物質層の変形(膨張および圧縮)に対する追従性が向上するためと考えられる。
なお、セラミック粒子のゼータ電位は、例えば、イオン交換水中に、0.05g/Lの濃度でセラミック粒子を分散させ、水酸化リチウム水溶液によってpHを8~9の範囲に調整した試料に対し、電気泳動光散乱法による測定を行うことにより求めることができる。
セラミック粒子の平均粒子径は、特に制限されないが、例えば、0.05μm以上3μm以下であり、負極活物質の平均粒子径の1/5以下であることが好ましい。
Ceramic particles that do not participate in charge-discharge reactions are preferred, and examples thereof include alumina, boehmite, and aluminum hydroxide. Ceramic particles are generally much harder than the negative electrode active material, which is a carbon material. Deformation (expansion and compression) of the active material layer is suppressed, and cycle characteristics can be improved.
Among ceramic particles, ceramic particles exhibiting a zeta potential of -25 mV or less in the pH range of 8 to 9 are preferred. When the negative electrode paste contains such ceramic particles, lithium deposition resistance can be further improved. This improves the filling state of the ceramic particles between the negative electrode active material and between the negative electrode and the binder, and makes it possible to follow the deformation (expansion and compression) of the negative electrode active material layer during charging and discharging of the lithium ion secondary battery. This is thought to be for improvement.
Note that the zeta potential of the ceramic particles was determined, for example, by dispersing the ceramic particles in ion-exchanged water at a concentration of 0.05 g/L and adjusting the pH to a range of 8 to 9 with an aqueous lithium hydroxide solution. It can be obtained by measuring by the electrophoretic light scattering method.
The average particle size of the ceramic particles is not particularly limited, but is, for example, 0.05 μm or more and 3 μm or less, preferably ⅕ or less of the average particle size of the negative electrode active material.

負極ペーストの全固形分中の負極活物質の含有割合は、50質量%以上が好ましく、より好ましくは90質量%以上99.5質量%以下、さらに好ましくは95質量%以上99質量%以下である。
負極ペーストの全固形分中のバインダの含有割合は、0.1質量%以上8質量%以下が好ましく、より好ましくは0.3質量%以上5質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%2質量%以下である。
負極ペーストの全固形分中の増粘剤の含有割合は、好ましくは0.3質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.5質量%以上2質量%以下である。
負極ペーストの全固形分中のセラミック粒子の含有割合は、好ましくは0.5質量%以上20質量%以下、より好ましくは3質量%以上15質量%以下である。
The content of the negative electrode active material in the total solid content of the negative electrode paste is preferably 50% by mass or more, more preferably 90% by mass or more and 99.5% by mass or less, and still more preferably 95% by mass or more and 99% by mass or less. .
The content of the binder in the total solid content of the negative electrode paste is preferably 0.1% by mass or more and 8% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 5% by mass or less, and still more preferably 0.5% by mass. % by mass or less.
The content of the thickener in the total solid content of the negative electrode paste is preferably 0.3% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 2% by mass or less.
The content of the ceramic particles in the total solid content of the negative electrode paste is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 3% by mass or more and 15% by mass or less.

負極ペーストの固形分濃度は、例えば40質量%以上であり、好ましくは45質量%以上80質量%以下、より好ましくは50質量%以上60質量%以下である。固形分濃度が上記範囲内であることにより、負極ペーストの乾燥効率を向上させることができる。また、負極ペーストの取り扱いが容易となり、均一な塗工が容易となって、均一な厚みを有する負極活物質層の形成が容易となる。 The solid content concentration of the negative electrode paste is, for example, 40 mass % or more, preferably 45 mass % or more and 80 mass % or less, more preferably 50 mass % or more and 60 mass % or less. When the solid content concentration is within the above range, the drying efficiency of the negative electrode paste can be improved. In addition, handling of the negative electrode paste becomes easy, uniform coating becomes easy, and formation of a negative electrode active material layer having a uniform thickness becomes easy.

負極ペーストは、負極活物質と、バインダと、溶媒と、任意成分とを公知方法に従い混合することにより用意することができる。一例として、まず負極活物質と増粘剤とを乾式混合し、そこへ溶媒の一部を添加し、湿潤させる。必要に応じ混錬した後、溶媒の残部を投入して希釈する。そこへバインダを投入し、撹拌を行って負極ペーストを得ることができる。別の例として、負極活物質と増粘剤とを乾式混合し、溶媒の全量を添加した後、混錬する。そこへバインダを投入し、撹拌を行って負極ペーストを得ることができる。なお、pH8~9の範囲において-25mV以下のゼータ電位を示すセラミック粒子を使用する場合には、pH調整剤(例、水酸化リチウム等)によって、負極ペーストのpHを例えば8~9に調整することが好ましい。 A negative electrode paste can be prepared by mixing a negative electrode active material, a binder, a solvent, and optional components according to a known method. As an example, first, the negative electrode active material and the thickening agent are dry-mixed, and then a part of the solvent is added and moistened. After kneading if necessary, the remainder of the solvent is added for dilution. A binder can be put into the mixture and stirred to obtain a negative electrode paste. As another example, the negative electrode active material and the thickener are dry-mixed, and the mixture is kneaded after the total amount of the solvent is added. A binder can be put into the mixture and stirred to obtain a negative electrode paste. When using ceramic particles that exhibit a zeta potential of -25 mV or less in the pH range of 8 to 9, the pH of the negative electrode paste is adjusted to, for example, 8 to 9 with a pH adjuster (eg, lithium hydroxide, etc.). is preferred.

次に、負極作製工程について説明する。
負極ペーストを用いた負極の作製方法には、特に制限はないが、負極作製工程は、典型的には、
負極ペーストを負極集電体に塗工する工程(以下、「ペースト塗工工程」ともいう);および
塗工した負極ペーストを乾燥して、負極活物質層を形成する工程(以下、「乾燥工程」ともいう)
を実施することにより、行うことができる。
また、乾燥工程の後に、負極活物質層をプレス処理する工程(以下、「プレス工程」ともいう)を行ってもよい。
Next, the negative electrode manufacturing process will be described.
There is no particular limitation on the method for producing the negative electrode using the negative electrode paste, but the negative electrode production process is typically
A step of applying the negative electrode paste to the negative electrode current collector (hereinafter also referred to as a “paste coating step”); and a step of drying the applied negative electrode paste to form a negative electrode active material layer (hereinafter referred to as a “drying step ”)
can be done by implementing
A step of pressing the negative electrode active material layer (hereinafter also referred to as a “pressing step”) may be performed after the drying step.

ペースト塗工工程について説明する。
負極集電体としては、典型的には、導電性の良好な金属(例えば、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)製の導電性部材が用いられる。負極集電体の形態は、特に限定されないが、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等であってよい。
負極集電体は、好ましくは銅箔である。
負極集電体が銅箔である場合、その厚みは特に限定されないが、例えば6μm以上30μm以下である。
The paste coating process will be described.
As the negative electrode current collector, a conductive member made of a highly conductive metal (for example, copper, nickel, titanium, stainless steel, etc.) is typically used. The shape of the negative electrode current collector is not particularly limited, and may be rod-like, plate-like, sheet-like, foil-like, mesh-like, or the like.
The negative electrode current collector is preferably copper foil.
When the negative electrode current collector is a copper foil, its thickness is not particularly limited, but is, for example, 6 μm or more and 30 μm or less.

負極集電体への上記負極ペーストの塗工は、公知方法に従い行うことができる。例えば、グラビアコーター、コンマコーター、スリットコーター、ダイコーター等の塗布装置を用いて、負極集電体上に上記負極ペーストを塗布することにより行うことができる。なお、負極活物質層は、負極集電体の片面のみに形成してもよいし、両面に形成してもよく、好ましくは、両面に形成される。したがって、上記負極ペーストの塗工は、負極集電体の片面または両面に行われ、好ましくは両面に行われる。 Application of the negative electrode paste to the negative electrode current collector can be performed according to a known method. For example, it can be carried out by applying the negative electrode paste onto the negative electrode current collector using a coating device such as a gravure coater, a comma coater, a slit coater, a die coater, or the like. The negative electrode active material layer may be formed only on one side of the negative electrode current collector, or may be formed on both sides, preferably on both sides. Therefore, the negative electrode paste is applied on one side or both sides of the negative electrode current collector, preferably on both sides.

次に乾燥工程について説明する。当該乾燥工程は、公知方法に従い行うことができる。例えば、負極ペーストが塗工された負極集電体から、乾燥炉等の乾燥装置を用いて上記溶媒を除去することにより行うことができる。乾燥温度および乾燥時間は、使用する溶媒の種類に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。乾燥温度は、例えば70℃超200℃以下(典型的には110℃以上150℃以下)である。乾燥時間は、例えば10秒以上600秒以下(典型的には30秒以上300秒以下)である。
乾燥工程の実施により、負極集電体上に負極活物質層を形成することができる。
Next, the drying process will be explained. The drying step can be performed according to a known method. For example, it can be carried out by removing the solvent from the negative electrode current collector coated with the negative electrode paste using a drying device such as a drying oven. The drying temperature and drying time may be appropriately determined according to the type of solvent used, and are not particularly limited. The drying temperature is, for example, over 70° C. and 200° C. or less (typically 110° C. or more and 150° C. or less). The drying time is, for example, 10 seconds or more and 600 seconds or less (typically 30 seconds or more and 300 seconds or less).
By performing the drying step, a negative electrode active material layer can be formed on the negative electrode current collector.

次にプレス工程について説明する。当該プレス工程は、公知方法に従い行うことができる。例えば、上記で形成した負極活物質層を、ロールプレス等によりプレス処理することにより行うことができる。プレス工程の実施によって、負極活物質層の厚み、目付量、密度等を調整することができる。 Next, the press process will be explained. The pressing step can be performed according to a known method. For example, it can be carried out by subjecting the negative electrode active material layer formed as described above to press treatment such as roll pressing. By carrying out the pressing step, the thickness, basis weight, density, etc. of the negative electrode active material layer can be adjusted.

以上のようにして、負極を作製することができる。
このようにして作製された負極は、リチウム析出耐性に優れる。これは上述のように、バインダの凝集が抑制されているためであり、このようにして作製された負極においては、バインダが微細な粒子状に均一に分散している。
具体的には、バインダの凝集が抑制されているために、バインダの平均径が0.2μm以上0.5μm以下であり、バインダの粒径分布曲線において、ピーク半値幅が0.40μm以上0.6μm以下であるという分散状態を達成することができる。
したがって、別の側面から、リチウム析出耐性に優れるリチウムイオン二次電池の負極として、負極活物質およびバインダを含み、当該バインダの平均径が0.2μm以上0.5μm以下であり、当該バインダの粒度分布曲線におけるピーク半値幅が0.40μm以上0.65μm以下である、リチウムイオン二次電池の負極が、ここに提案される。
A negative electrode can be manufactured in the manner described above.
The negative electrode produced in this manner is excellent in lithium deposition resistance. This is because aggregation of the binder is suppressed as described above, and in the negative electrode thus produced, the binder is uniformly dispersed in the form of fine particles.
Specifically, since aggregation of the binder is suppressed, the average diameter of the binder is 0.2 μm or more and 0.5 μm or less, and the peak half width is 0.40 μm or more and 0.5 μm or less in the particle size distribution curve of the binder. A dispersion of 6 μm or less can be achieved.
Therefore, from another aspect, a negative electrode of a lithium ion secondary battery having excellent lithium deposition resistance includes a negative electrode active material and a binder, the average diameter of the binder is 0.2 μm or more and 0.5 μm or less, and the particle size of the binder is A negative electrode for a lithium-ion secondary battery is proposed herein, wherein the peak half width in the distribution curve is 0.40 μm or more and 0.65 μm or less.

なお、バインダの平均径と、粒径分布曲線は、例えば、負極活物質層の断面SEM画像を用いて求めることができる。具体的に例えば、次のようにして求めることができる。
負極活物質層の試料を用意し、必要に応じOsOを用いてバインダをOs染色する。負極活物質層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、反射電子像を取得する。反射電子像に対して、バインダとそれ以外とで2値化処理を行う。2値化処理によって明確になったバインダの径を測定する。このバインダの径は、バインダの像と同じ面積をもつ円の直径(いわゆる円相当径)として算出し、その平均値を平均径として求める。この測定には、市販のソフトウェアを用いてよい。また、得られたバインダの径のデータに基づき、縦軸を頻度、横軸をバインダの径とする粒度分布曲線を作成する。この曲線から、ピークの1/2の高さでのピーク幅を求めることにより、ピーク半値幅を求める。
Note that the average diameter of the binder and the particle size distribution curve can be obtained using, for example, a cross-sectional SEM image of the negative electrode active material layer. Specifically, for example, it can be obtained as follows.
A sample of the negative electrode active material layer is prepared, and the binder is dyed with Os using OsO 4 if necessary. A cross section of the negative electrode active material layer is observed with a scanning electron microscope (SEM) to obtain a backscattered electron image. A backscattered electron image is binarized with the binder and the rest. The diameter of the binder clarified by the binarization process is measured. The diameter of the binder is calculated as the diameter of a circle having the same area as the image of the binder (so-called equivalent circle diameter), and the average value is obtained as the average diameter. Commercially available software may be used for this measurement. Also, based on the obtained binder diameter data, a particle size distribution curve is created with the vertical axis representing the frequency and the horizontal axis representing the binder diameter. From this curve, the peak half width is obtained by obtaining the peak width at half the height of the peak.

本実施形態に係る製造方法によって作製した負極をリチウムイオン二次電池に用いることにより、リチウム析出耐性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
そこで、以下、図1および図2を参照しながら、本実施形態に係る製造方法により得られる負極を用いて作製されるリチウムイオン二次電池の構成例について説明する。なお、本実施形態に係る製造方法により得られる負極を用いて構成されるリチウムイオン二次電池は、以下の例に限られない。
By using the negative electrode produced by the manufacturing method according to the present embodiment in a lithium ion secondary battery, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having excellent resistance to lithium deposition.
Therefore, an example of the configuration of a lithium ion secondary battery manufactured using the negative electrode obtained by the manufacturing method according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. In addition, the lithium ion secondary battery configured using the negative electrode obtained by the manufacturing method according to the present embodiment is not limited to the following examples.

図1に示すリチウムイオン二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と非水電解質80とが扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されることにより構築される密閉型電池である。電池ケース30には外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36とが設けられている。また、電池ケース30には、非水電解質80を注入するための注入口(図示せず)が設けられている。正極端子42は、正極集電板42aと電気的に接続されている。負極端子44は、負極集電板44aと電気的に接続されている。電池ケース30の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。 The lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 is a closed type constructed by housing a flat wound electrode body 20 and a non-aqueous electrolyte 80 in a flat rectangular battery case (that is, an outer container) 30. Battery. The battery case 30 is provided with a positive terminal 42 and a negative terminal 44 for external connection, and a thin safety valve 36 set to release the internal pressure when the internal pressure of the battery case 30 rises above a predetermined level. ing. Further, the battery case 30 is provided with an injection port (not shown) for injecting the non-aqueous electrolyte 80 . The positive terminal 42 is electrically connected to the positive collector plate 42a. The negative terminal 44 is electrically connected to the negative collector plate 44a. As the material of the battery case 30, for example, a metal material such as aluminum that is lightweight and has good thermal conductivity is used.

捲回電極体20は、図1および図2に示すように、正極シート50と、負極シート60とが、2枚の長尺状のセパレータシート70を介して重ね合わされて長手方向に捲回された形態を有する。正極シート50は、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された構成を有する。負極シート60は、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成されている構成を有する。正極活物質層非形成部分52a(すなわち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)および負極活物質層非形成部分62a(すなわち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)は、捲回電極体20の捲回軸方向(すなわち、上記長手方向に直交するシート幅方向)の両端から外方にはみ出すように形成されている。正極活物質層非形成部分52aおよび負極活物質層非形成部分62aには、それぞれ正極集電板42aおよび負極集電板44aが接合されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the wound electrode body 20 is formed by stacking a positive electrode sheet 50 and a negative electrode sheet 60 with two long separator sheets 70 interposed therebetween and winding them in the longitudinal direction. morphology. The positive electrode sheet 50 has a configuration in which a positive electrode active material layer 54 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of a long positive electrode current collector 52 . The negative electrode sheet 60 has a configuration in which a negative electrode active material layer 64 is formed along the longitudinal direction on one side or both sides (here, both sides) of a long negative electrode current collector 62 . The positive electrode active material layer non-formed portion 52a (that is, the portion where the positive electrode current collector 52 is exposed without the positive electrode active material layer 54 being formed) and the negative electrode active material layer non-formed portion 62a (that is, the negative electrode active material layer 64 is formed). The portion where the negative electrode current collector 62 is exposed without being wound) is formed so as to protrude outward from both ends of the wound electrode body 20 in the winding axial direction (that is, the sheet width direction orthogonal to the longitudinal direction). there is A positive collector plate 42a and a negative collector plate 44a are joined to the positive electrode active material layer non-formed portion 52a and the negative electrode active material layer non-formed portion 62a, respectively.

正極シート50を構成する正極集電体52としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層54に含まれる正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物(例、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNiO、LiCoO、LiFeO、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等)や、リチウム遷移金属リン酸化合物(例、LiFePO等)が挙げられる。正極活物質層54は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(例、グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を使用し得る。 Examples of the positive electrode current collector 52 forming the positive electrode sheet 50 include aluminum foil. Examples of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer 54 include lithium transition metal oxides (eg, LiNi1 / 3Co1/ 3Mn1 / 3O2 , LiNiO2 , LiCoO2 , LiFeO2 , LiMn2O 4 , LiNi0.5Mn1.5O4 , etc. ) and lithium transition metal phosphate compounds (eg, LiFePO4 , etc.). The positive electrode active material layer 54 may contain components other than the active material, such as a conductive material and a binder. Carbon black such as acetylene black (AB) and other carbon materials (eg, graphite) can be suitably used as the conductive material. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF) or the like can be used.

負極シート60には、上述の本実施形態に係る製造方法により得られる負極が用いられる。 For the negative electrode sheet 60, the negative electrode obtained by the manufacturing method according to the present embodiment is used.

セパレータ70としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シート(フィルム)が挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。セパレータ70の表面には、耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。 Examples of the separator 70 include porous sheets (films) made of resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, and polyamide. Such a porous sheet may have a single-layer structure or a laminated structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). A heat-resistant layer (HRL) may be provided on the surface of the separator 70 .

非水電解質80は従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用可能であり、典型的には有機溶媒(非水溶媒)中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を、特に限定なく用いることができる。なかでも、カーボネート類が好ましく、その例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(F-DMC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)等が挙げられる。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO等のリチウム塩(好ましくはLiPF)を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、0.7mol/L以上1.3mol/L以下が好ましい。 The non-aqueous electrolyte 80 can be the same as that used in conventional lithium ion secondary batteries, and typically an organic solvent (non-aqueous solvent) containing a supporting electrolyte can be used. As the non-aqueous solvent, organic solvents such as various carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, lactones, etc., which are used in electrolytes of general lithium ion secondary batteries, can be used without particular limitation. can be done. Among them, carbonates are preferable, and examples thereof include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), monofluoroethylene carbonate (MFEC ), difluoroethylene carbonate (DFEC), monofluoromethyldifluoromethyl carbonate (F-DMC), trifluorodimethyl carbonate (TFDMC) and the like. Such non-aqueous solvents can be used singly or in combination of two or more. Lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiClO 4 (preferably LiPF 6 ) can be suitably used as the supporting salt. The concentration of the supporting salt is preferably 0.7 mol/L or more and 1.3 mol/L or less.

なお、上記非水電解液は、例えば、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;ホウ素原子および/またはリン原子を含むオキサラト錯体化合物、ビニレンカーボネート(VC)等の被膜形成剤;分散剤;増粘剤等の各種添加剤を含み得る。 The non-aqueous electrolyte includes, for example, gas generating agents such as biphenyl (BP) and cyclohexylbenzene (CHB); film-forming agents such as oxalato complex compounds containing boron atoms and/or phosphorus atoms and vinylene carbonate (VC). a dispersant; and various additives such as a thickener.

以上のようにして構成されるリチウムイオン二次電池100は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池100は、典型的には複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。 The lithium ion secondary battery 100 configured as described above can be used for various purposes. Suitable applications include drive power supplies mounted in vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). The lithium ion secondary battery 100 can also be used typically in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are connected in series and/or in parallel.

なお、一例として扁平形状の捲回電極体を備える角形のリチウムイオン二次電池について説明した。しかしながら本実施形態に係る製造方法により得られる負極を備えるリチウムイオン二次電池の構成は、これに限られない。当該リチウムイオン二次電池は、積層型電極体を備えるリチウムイオン二次電池として構成することもでき、コイン形リチウムイオン二次電池、円筒形リチウムイオン二次電池、ラミネート型リチウムイオン二次電池等として構成することもできる。 As an example, a prismatic lithium ion secondary battery having a flat wound electrode assembly has been described. However, the configuration of the lithium ion secondary battery including the negative electrode obtained by the manufacturing method according to this embodiment is not limited to this. The lithium ion secondary battery can also be configured as a lithium ion secondary battery including a laminated electrode body, such as a coin-shaped lithium ion secondary battery, a cylindrical lithium ion secondary battery, a laminated lithium ion secondary battery, and the like. It can also be configured as

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

〔実施例1~4および比較例1~5〕
<負極活物質およびバインダの準備>
ゼータ電位が-1.2mVの黒鉛を用意した。この黒鉛の平均粒子径(D50)は8μmであった。
この黒鉛200gをチャンバー式プラズマ発生装置に投入した。ガス種をHO、チャンバー内圧を20Paに設定し、90分間プラズマ処理することにより、ゼータ電位が-3.1mVの黒鉛を得た。
さらに、HOプラズマ処理時間を長くすることによって、ゼータ電位が-5.5mVの黒鉛、およびゼータ電位が-8.8mVの黒鉛を得た。
5種類の市販のSBRを用意した。それらのゼータ電位は、-5mV、-11mV、-17mV、-28mV、-33mVであった。
なお、黒鉛およびバインダのゼータ電位は、次のようにして測定した。イオン交換水に0.05g/Lの濃度で黒鉛またはバインダが分散した試料を作製した。この試料について、ゼータ電位測定システム「ELSZ-2000Z」(大塚電子製)を用いて、ゼータ電位を測定した。
また、中和滴定によって各黒鉛の表面水酸基量を求めた。結果を表1に示す。
[Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5]
<Preparation of negative electrode active material and binder>
Graphite with a zeta potential of −1.2 mV was prepared. The average particle size (D50) of this graphite was 8 µm.
200 g of this graphite was put into a chamber type plasma generator. Graphite with a zeta potential of −3.1 mV was obtained by plasma treatment for 90 minutes with H 2 O as the gas species and the internal pressure of the chamber at 20 Pa.
Furthermore, by lengthening the H 2 O plasma treatment time, graphite with a zeta potential of −5.5 mV and graphite with a zeta potential of −8.8 mV were obtained.
Five types of commercially available SBR were prepared. Their zeta potentials were -5 mV, -11 mV, -17 mV, -28 mV, -33 mV.
The zeta potentials of graphite and binder were measured as follows. A sample was prepared by dispersing graphite or a binder in deionized water at a concentration of 0.05 g/L. The zeta potential of this sample was measured using a zeta potential measurement system "ELSZ-2000Z" (manufactured by Otsuka Electronics).
In addition, the amount of surface hydroxyl groups of each graphite was determined by neutralization titration. Table 1 shows the results.

<負極の作製>
表1に示すゼータ電位を有する黒鉛と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを乾式混合した後、水を添加した。これを混錬した後、表1に示すゼータ電位を有するスチレンブタジエンゴム(SBR)を添加して、撹拌し、負極ペーストを調製した。固形分の各成分の割合は、黒鉛:SBR:CMC=98:1:1(質量比)とした。
得られた負極ペーストを、厚み10μmの長尺状の銅箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、負極シートを作製した。
<Production of negative electrode>
Graphite having the zeta potential shown in Table 1 and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickening agent were dry mixed and then water was added. After kneading this, styrene-butadiene rubber (SBR) having a zeta potential shown in Table 1 was added and stirred to prepare a negative electrode paste. The ratio of each component in the solid content was graphite:SBR:CMC=98:1:1 (mass ratio).
The obtained negative electrode paste was coated on both sides of a long copper foil having a thickness of 10 μm in a strip shape, dried, and then roll-pressed to prepare a negative electrode sheet.

<バインダの分散状態評価>
得られた負極シートを切断し、その断面をOsOを用いてバインダをOs染色した。負極活物質層の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、反射電子像を取得した。反射電子像に対して、バインダとそれ以外とで2値化処理を行った。2値化処理によって明確になったバインダの径を測定した。このバインダの径は、バインダの像と同じ面積をもつ円の直径(いわゆる円相当径)として算出し、その平均値を平均径として求めた。この測定には、市販のソフトウェア(Jimage-fiji)を用いた。
また、得られたバインダの径のデータに基づき、縦軸を頻度、横軸をバインダの径とする粒度分布曲線を作成した。この曲線からピークの1/2の高さでのピーク幅を求めることにより、ピーク半値幅を求めた。結果を表1に示す。
また、参考として、実施例1および比較例1の負極の反射電子像を、図3および図4に示す。
<Binder dispersion state evaluation>
The obtained negative electrode sheet was cut, and the binder of the cross section was dyed with OsO 4 using OsO 4 . A cross section of the negative electrode active material layer was observed with a scanning electron microscope (SEM) to obtain a backscattered electron image. A backscattered electron image was binarized with the binder and the rest. The diameter of the binder clarified by the binarization process was measured. The diameter of the binder was calculated as the diameter of a circle having the same area as the image of the binder (so-called equivalent circle diameter), and the average value was determined as the average diameter. Commercially available software (Jimage-fiji) was used for this measurement.
Further, based on the obtained data of the diameter of the binder, a particle size distribution curve was created with the frequency on the vertical axis and the diameter of the binder on the horizontal axis. From this curve, the peak half width was obtained by obtaining the peak width at half the height of the peak. Table 1 shows the results.
For reference, backscattered electron images of the negative electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS.

<評価用リチウムイオン二次電池の作製>
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、LNCM:AB:PVdF=92:5:3の質量比でN-メチルピロリドン(NMP)と混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、厚み15μmの長尺状のアルミニウム箔の両面に、100mm幅で塗布して乾燥した後、所定の厚みにロールプレスすることにより、正極シートを作製した。
また、PP/PE/PPの三層構造の厚み24μmの多孔性ポリオレフィンシートの表面に厚み4μmのセラミック層(耐熱層)が形成されたセパレータシートを用意した。
正極シートと上記作製した負極シートとを、セパレータシートを介して対向させて電極体を作製した。なおセパレータシートの耐熱層は、負極に対向させた。
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とをEC:DMC:EMC=3:3:4の体積比で含む混合溶媒に、LiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させることにより、非水電解液を調製した。
注液口を有する蓋体とケース本体とを備えるアルミニウムケースを用意した。
蓋体に電極端子と集電板を取り付けた。次いで、作製した電極体と集電板とを溶接により接合した。このようにして蓋体に接合された電極体を、ケース本体に挿入し、蓋体とケース本体を溶接した。
注液口から上記準備した非水電解液を所定量注入し、注液口に封止用ネジを締め付けて封止した。
非水電解液が電極体に含浸するように所定時間静置して、評価用リチウムイオン二次電池を得た。
次いで各評価用リチウムイオン二次電池に初期充電を施した。具体的には、上記作製したリチウムイオン二次電池を、1/3Cの電流値で4.1Vまで定電流充電を行った後、電流値が1/50Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態にした。
次いで、50℃の恒温槽内で、20時間エージング処理を施した。
<Production of lithium-ion secondary battery for evaluation>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, LNCM: AB : PVdF = 92:5:3 and mixed with N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a slurry for forming a positive electrode active material layer. This slurry was applied to both sides of a long aluminum foil having a thickness of 15 μm in a width of 100 mm, dried, and then roll-pressed to a predetermined thickness to prepare a positive electrode sheet.
A separator sheet was prepared by forming a 4 μm-thick ceramic layer (heat-resistant layer) on the surface of a 24 μm-thick porous polyolefin sheet having a three-layer structure of PP/PE/PP.
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet prepared above were opposed to each other with a separator sheet interposed therebetween to prepare an electrode assembly. The heat-resistant layer of the separator sheet was opposed to the negative electrode.
A mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) at a volume ratio of EC:DMC:EMC=3:3:4 was mixed with LiPF 6 at a concentration of 1.0 mol/L. A non-aqueous electrolytic solution was prepared by dissolving with
An aluminum case including a lid body having a liquid inlet and a case body was prepared.
An electrode terminal and a collector plate were attached to the lid. Next, the produced electrode body and current collector plate were joined by welding. The electrode body thus joined to the lid was inserted into the case body, and the lid and the case body were welded together.
A predetermined amount of the non-aqueous electrolyte prepared above was injected through the injection port, and the injection port was sealed by tightening a sealing screw.
A lithium ion secondary battery for evaluation was obtained by allowing the electrode body to stand still for a predetermined time so that the non-aqueous electrolyte was impregnated into the electrode body.
Next, each lithium ion secondary battery for evaluation was subjected to initial charging. Specifically, the lithium ion secondary battery prepared above was subjected to constant current charging up to 4.1 V at a current value of 1/3 C, and then constant voltage charging until the current value became 1/50 C. put into charging state.
Then, aging treatment was performed for 20 hours in a constant temperature bath at 50°C.

<リチウム析出耐性評価>
各実施例および各比較例の評価用リチウムイオン二次電池をSOC56%に調整し、-10℃の温度環境下に置いた。
20Cで30秒間の定電流充電、10分間休止、20Cで30秒間の定電流放電、10分間休止を1サイクルとする充放電を1000サイクル繰り返した。
この1000サイクルの充放電の前後で、図5に示すパターンの充放電(通電電流:0.5C)を行って、矢印Dで表される期間の放電時の容量を定格容量として測定した。
(サイクル充放電後の定格容量/サイクル充放電前の定格容量)×100より、容量維持率(%)を求めた。結果を表1に示す。
<Evaluation of resistance to lithium deposition>
The lithium ion secondary batteries for evaluation of each example and each comparative example were adjusted to an SOC of 56% and placed in a temperature environment of -10°C.
1000 charge/discharge cycles were repeated, each cycle consisting of constant current charging at 20C for 30 seconds, resting for 10 minutes, constant current discharging at 20C for 30 seconds, and resting for 10 minutes.
Before and after the 1000 cycles of charging and discharging, the charging and discharging pattern shown in FIG. 5 (energizing current: 0.5 C) was performed, and the discharge capacity during the period indicated by arrow D was measured as the rated capacity.
The capacity retention rate (%) was obtained from (rated capacity after cycle charge/discharge/rated capacity before cycle charge/discharge)×100. Table 1 shows the results.

Figure 0007240615000001
Figure 0007240615000001

表1の結果が示すように、本実施形態に係る製造方法の範囲内の実施例1~4では、容量維持率が高かった。容量の低下は、金属リチウムの析出に起因するため、容量維持率が高いほど、リチウム析出耐性が高いことを意味する。よって、ここに開示される製造方法によれば、リチウム析出耐性に優れるリチウムイオン二次電池の負極を製造可能なことがわかる。 As the results in Table 1 show, the capacity retention rate was high in Examples 1 to 4 within the scope of the manufacturing method according to the present embodiment. Since the decrease in capacity is caused by the deposition of metallic lithium, the higher the capacity retention rate, the higher the resistance to lithium deposition. Therefore, according to the production method disclosed herein, it is possible to produce a negative electrode for a lithium-ion secondary battery having excellent resistance to lithium deposition.

〔実施例5~8〕
ゼータ電位が-3.1mVの黒鉛と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)と、表2に示すセラミック粒子(CP)とを乾式混合した後、水と、pHが9となるように水酸化リチウム水溶液とを添加した。これを混錬した後、ゼータ電位が-17mVのSBRを添加して、撹拌し、負極ペーストを調製した。固形分の各成分の割合は、C:SBR:CMC:CP=88:1:1:10(質量比)とした。
なお、セラミック粒子のゼータ電位は、次のようにして測定した。イオン交換水に0.05g/Lの濃度でセラミック粒子が分散した分散液を作製し、水酸化リチウム水溶液を用いてpHを8~9の範囲に調整して試料を調製した。この試料について、ゼータ電位測定システム「ELSZ-2000Z」(大塚電子製)を用いて、ゼータ電位を測定した。
得られた負極ペーストを、厚み10μmの長尺状の銅箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、負極シートを作製した。
[Examples 5 to 8]
After dry mixing graphite with a zeta potential of −3.1 mV, carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and ceramic particles (CP) shown in Table 2, water and water so that the pH is 9 and an aqueous lithium oxide solution were added. After kneading this, SBR with a zeta potential of −17 mV was added and stirred to prepare a negative electrode paste. The ratio of each component in the solid content was C:SBR:CMC:CP=88:1:1:10 (mass ratio).
The zeta potential of ceramic particles was measured as follows. A dispersion was prepared by dispersing ceramic particles in deionized water at a concentration of 0.05 g/L, and a lithium hydroxide aqueous solution was used to adjust the pH to a range of 8 to 9 to prepare a sample. The zeta potential of this sample was measured using a zeta potential measurement system "ELSZ-2000Z" (manufactured by Otsuka Electronics).
The obtained negative electrode paste was coated on both sides of a long copper foil having a thickness of 10 μm in a strip shape, dried, and then roll-pressed to prepare a negative electrode sheet.

作製した負極シートを用いて、上記と同様に評価用リチウムイオン二次電池を作製し、リチウム析出耐性の評価(容量維持率の測定)を行った。結果を表2に示す。 Using the produced negative electrode sheet, a lithium ion secondary battery for evaluation was produced in the same manner as described above, and evaluation of lithium deposition resistance (measurement of capacity retention rate) was performed. Table 2 shows the results.

Figure 0007240615000002
Figure 0007240615000002

表2の結果より、pH8~9の範囲において-25mV以下のゼータ電位を示すセラミック粒子の使用によって、リチウム析出耐性をさらに改善できることがわかる。 The results in Table 2 show that the lithium deposition resistance can be further improved by using ceramic particles exhibiting a zeta potential of -25 mV or less in the pH range of 8-9.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極シート(正極)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極シート(負極)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート(セパレータ)
80 非水電解質
100 リチウムイオン二次電池
20 Wound electrode assembly 30 Battery case 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Positive electrode current collector 44 Negative electrode terminal 44a Negative electrode current collector 50 Positive electrode sheet (positive electrode)
52 positive electrode current collector 52a positive electrode active material layer non-formed portion 54 positive electrode active material layer 60 negative electrode sheet (negative electrode)
62 Negative electrode current collector 62a Negative electrode active material layer non-formation portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator sheet (separator)
80 nonaqueous electrolyte 100 lithium ion secondary battery

Claims (4)

負極活物質およびバインダを含む負極ペーストを用意する工程と、
前記負極ペーストを用いて負極を作製する工程と、
を包含するリチウムイオン二次電池の負極の製造方法であって、
前記負極活物質のゼータ電位(ζ)に対する前記バインダのゼータ電位(ζ)の比(ζ/ζ)が、3.5以上9.0以下である、
リチウムイオン二次電池の負極の製造方法。
preparing a negative electrode paste containing a negative electrode active material and a binder;
A step of producing a negative electrode using the negative electrode paste;
A method for producing a negative electrode of a lithium ion secondary battery comprising
The ratio (ζ BA ) of the zeta potential (ζ B ) of the binder to the zeta potential (ζ A ) of the negative electrode active material is 3.5 or more and 9.0 or less.
A method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
前記負極活物質のゼータ電位(ζ)が、-3.1mV以上-5.5mV以下である、請求項1に記載の製造方法。 2. The production method according to claim 1, wherein the negative electrode active material has a zeta potential (ζ A ) of −3.1 mV or more and −5.5 mV or less. 前記負極ペーストが、pH8~9の範囲において-25mV以下のゼータ電位を示すセラミック粒子をさらに含む、請求項1または2に記載の製造方法。 3. The manufacturing method according to claim 1, wherein the negative electrode paste further contains ceramic particles exhibiting a zeta potential of -25 mV or less in the pH range of 8-9. 負極活物質およびバインダを含むリチウムイオン二次電池の負極であって、
前記バインダの平均径が0.2μm以上0.5μm以下であり、
前記バインダの粒度分布曲線におけるピーク半値幅が0.40μm以上0.65μm以下である、リチウムイオン二次電池の負極。
A negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising a negative electrode active material and a binder,
The average diameter of the binder is 0.2 μm or more and 0.5 μm or less,
A negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the particle size distribution curve of the binder has a peak half width of 0.40 μm or more and 0.65 μm or less.
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